バッテリー電流インジケーター回路–電流トリガー充電カットオフ

この投稿では、充電中にバッテリーが消費する電流量を検出するインジケーター回路を備えた簡単なバッテリー電流センサーについて学習します。提示された設計では、バッテリーがフル充電レベルで電流の消費を停止すると、自動カットオフも行われます。

バッテリーが充電されると電流が低下する理由

バッテリーが最初に充電されている間、より多くの電流が流れ、完全充電レベルに達すると、この消費量はほぼゼロに達するまで低下し始めることはすでにわかっています。

これは、最初はバッテリーが放電状態にあり、その電圧がソース電圧よりも低いために発生します。これにより、2つのソース間で比較的大きな電位差が発生します。

この大きな違いにより、充電器の出力であるより高いソースからの電位が、はるかに高い強度でバッテリーに向かって急いで始まり、より多くの電流がバッテリーに流れ込みます。

バッテリーがフルレベルまで充電されると、2つの電源の電位差が閉じ始め、2つの電源の電圧レベルが同じになります。

これが発生すると、電源からの電圧がそれ以上の電流をバッテリーに向けて押し出すことができなくなり、消費電流が減少します。

これは、放電したバッテリーが最初により多くの電流を引き込み、完全に充電されたときに最小の電流を引き込む理由を説明しています。

通常、ほとんどのバッテリー充電インジケーターは、バッテリーの電圧レベルを使用して充電状態を示します。ここでは、電圧の代わりに、電流（アンペア）の大きさが充電ステータスの測定に使用されます。

測定パラメータとして電流を使用すると、より正確な評価が可能になります。 バッテリーの充電 状態。この回路は、充電中に消費電流を変換することにより、接続されたバッテリーの瞬間的な状態を示すこともできます。

LM338シンプルデザインの使用

単純な電流遮断バッテリー充電器回路は、適切に変更することによって構築できます。 標準のLM338レギュレータ回路 以下に示すように：

バッテリーのプラス線にダイオードを追加するのを忘れたので、次の修正図に示すように必ず追加してください。

使い方

上記の回路の動作はかなり簡単です。

LM338またはLM317ICのADJピンがグランドラインと短絡すると、ICは出力電圧をシャットダウンすることがわかっています。このADJシャットダウン機能を使用して、現在検出されているシャットオフを実装します。

入力電力が印加されると、10uFコンデンサは最初のBC547を無効にして、LM338が正常に機能し、接続されたバッテリに必要な電圧を生成できるようにします。

これによりバッテリーが接続され、Ah定格に従って指定された量の電流が流れることで充電が開始されます。

これにより、 電流検出抵抗 2番目のBC547トランジスタをオンにするRx。

これにより、ICのADJピンに接続された最初のBC547が無効のままになり、バッテリーは正常に充電されます。

バッテリーが充電されると、Rx全体の電位差が下がり始めます。最終的に、バッテリーがほぼ完全に充電されると、この電位は2番目のBC547ベースバイアスに対して低くなりすぎてシャットダウンするレベルまで低下します。

2番目のBC547がシャットダウンすると、最初のBC547がオンになり、ICのADJピンを接地します。

LM338はシャットダウンし、バッテリーを充電電源から完全に切り離します。

Rxは、オームの法則の式を使用して計算できます。

Rx = 0.6 /最小充電電流

このLM338回路は、ICが大きなヒートシンクに取り付けられた状態で最大50Ahのバッテリーをサポートします。より高いAh定格のバッテリーの場合、ICは次のように外部トランジスタでアップグレードする必要がある場合があります。 この記事で説明 。

ICLM324の使用

2番目の設計は、を使用したより複雑な回路です。 LM324 IC これにより、正確な段階的なバッテリーステータスの検出が可能になり、消費電流が最小値に達したときにバッテリーのスイッチが完全にオフになります。

LEDがバッテリーステータスを示す方法

バッテリーが最大電流を消費しているとき、赤いLEDが点灯します。

バッテリーが充電され、Rxの両端の電流が比例して低下すると、赤色LEDがオフになり、緑色LEDがオンになります。

バトリーがさらに充電されると、緑色のLEDがオフになり、黄色のLEDがオンになります。

次に、バッテリーが完全に充電されたレベルに近づくと、黄色のLEDがオフになり、白色がオンになります。

最後に、バッテリーが完全に充電されると、白色LEDもオフになります。これは、すべてのLEDがオフになり、完全に充電された状態のためにバッテリーの消費電流がゼロであることを示します。

回路動作

示されている回路を参照すると、コンパレータとして構成された4つのオペアンプがあり、各オペアンプには独自のプリセット可能な電流検出入力があります。

高ワット抵抗Rxは、電流から電圧へのコンバータコンポーネントを形成します。このコンポーネントは、バッテリまたは負荷によって消費された電流を検出し、対応する電圧レベルに変換して、オペアンプ入力に供給します。

最初に、バッテリーは最大量の電流を消費し、抵抗Rxの両端に対応する最大量の電圧降下を生成します。

プリセットは、バッテリーが最大電流（完全に放電されたレベル）を消費しているときに、4つのオペアンプすべての非反転ピン3がピン2の基準値よりも高い電位になるように設定されます。

この時点ではすべてのオペアンプの出力がハイであるため、A4に接続されているRED LEDのみが点灯し、残りのLEDはオフのままです。

ここで、バッテリーが充電されると、Rxの両端の電圧が低下し始めます。

プリセットの順次調整により、A4ピン3の電圧がピン2をわずかに下回り、A4出力がローになり、赤がシャットオフになります。

A4出力がローの場合、A3出力LEDが点灯します。

電池がもう少し充電されると、A3オペアンプのピン3の電位がピン2を下回り、A3の出力が低くなり、緑色のLEDが消灯します。

A3出力がローの場合、A2出力LEDが点灯します。

バッテリーがもう少し充電されると、A3のピン3の電位がピン2を下回り、A2の出力がゼロになり、黄色のLEDが消灯します。

A2出力が低い状態で、白色LEDが点灯します。

最後に、バッテリーがほぼ完全に充電されると、A1のピン3の電位がピン2を下回り、A1出力がゼロになり、白色LEDが閉じます。

すべてのLEDがオフになっている状態で、バッテリーが完全に充電され、Rxの両端の電流がゼロに達したことを示します。

回路図

提案されたバッテリー電流インジケーター回路のパーツリスト

• R1 ---- R5 = 1k
• P1 ----- P4 = 1kプリセット
• A1 ----- A4 = LM324 IC
• ダイオード= 1N4007または1N4148
• Rx =以下で説明するように

現在の検出範囲の設定

まず、バッテリーが消費する電流の範囲に応じて、Rxの両端に発生する最大電圧と最小電圧の範囲を計算する必要があります。

充電するバッテリーが 12 V 100Ahバッテリー 、およびこれの最大意図電流範囲は10アンペアです。そして、この電流をRxの両端で約3V発生させたいと考えています。

オームの法則を使用して、次の方法でRx値を計算できます。

Rx = 3/10 = 0.3オーム

ワット数= 3 x 10 = 30ワット。

現在、3Vが手元の最大範囲です。ここで、オペアンプのピン2の基準値は1N4148ダイオードを使用して設定されるため、ピン2の電位は約0.6Vになります。

したがって、最小範囲は0.6 Vにすることができます。したがって、これにより、0.6 V〜3Vの最小範囲と最大範囲が得られます。

3 Vで、A1からA4のすべてのピン3電圧がピン2よりも高くなるようにプリセットを設定する必要があります。

次に、オペアンプが次の順序でオフになると想定できます。

RxA4出力の両端が2.5Vでローになり、2 VでA3出力がローになり、1.5 VでA2出力がローになり、0.5 VA1出力がローになります。

Rxの両端が0.5Vの場合、すべてのLEDがオフになりますが、0.5 Vは、バッテリーによって引き出される1アンペアの電流に対応する場合があることに注意してください。これをフロート充電レベルと見なすことができ、最終的にバッテリーを取り外すまで、バッテリーはしばらく接続されたままになります。

Rxの両端でほぼゼロボルトに達するまで最後のLED（白）を点灯させたままにしたい場合は、オペアンプのピン2から基準ダイオードを取り外し、この抵抗と一緒にR5は、ピン2で約0.2Vの電圧降下を発生させます。

これにより、Rxの両端の電位が0.2 Vを下回った場合にのみ、A1の白色LEDが確実に消灯します。これは、ほぼ完全に充電された取り外し可能なバッテリーに対応します。

プリセットの設定方法。

このためには、以下に示すように、供給端子間に接続された1Kポットを使用して構築されたダミーの分圧器が必要になります。

最初に、P1 --- P4プリセットリンクをRxから切断し、上記のように1Kポットのセンターピンに接続します。

すべてのオペアンププリセットのセンターアームを1Kポットに向かってスライドさせます。

次に、1Kポットを調整して、センターアームとグラウンドアームの間に2.5Vが発生するようにします。この時点では、赤色のLEDのみが点灯しています。次に、A4プリセットP4を調整して、REDLEDがちょうど消えるようにします。これにより、A3緑色LEDが即座にオンになります。

この後、1Kポットを調整して、センターピンの電圧を2Vに下げます。上記のように、A3プリセットP3を調整して、グリーンがちょうどオフになるようにします。これにより、黄色のLEDがオンになります。

次に、1Kポットを調整してセンターピンで1.5Vを生成し、黄色のLEDがちょうど消えるようにA2プリセットP2を調整します。これにより、白色LEDがオンになります。

最後に、1Kポットを調整して、センターピンの電位を0.5Vに下げます。白色LEDがちょうど消えるようにA1プリセットP1を調整します。

プリセット調整が完了しました。

最初の図に示すように、1Kポットを取り外し、プリセット出力リンクをRxに再接続します。

推奨バッテリーの充電を開始し、それに応じてLEDが反応するのを見ることができます。

オートカットオフの追加

電流がほぼゼロに減少すると、以下に示すように、電流検出されたバッテリ回路回路への自動カットを確実にするためにリレーをオフにすることができます。

使い方

電源をオンにすると、10uFのコンデンサによってオペアンプのピン2電位が瞬間的に接地され、すべてのオペアンプの出力がハイになります。

A1出力に接続されたリレードライバトランジスタはリレーをオンにします。リレーはN / O接点を介してバッテリーを充電電源に接続します。

これで、バッテリーは規定量の電流を引き込み始め、必要な電位がRx全体に発生します。これは、それぞれのプリセットP1〜P4を介してオペアンプのピン3によって検出されます。

その間、10uFはR5を介して充電され、オペアンプのピン2の基準値を0.6V（ダイオードドロップ）に戻します。

バッテリが充電されると、オペアンプの出力は前述のように対応して応答し、バッテリが完全に充電されるまで、A1出力がローになります。

A1出力がローの場合、トランジスタはリレーをオフにし、バッテリは電源から切断されます。

別の有用な電流検出バッテリーカットオフ設計

このデザインの作業は実際には簡単です。反転入力の電圧は、P1プリセットによって、バッテリーの推奨充電電流に対応する、抵抗バンクR3〜R13の両端の電圧降下よりもわずかに低いレベルに固定されます。

電源をオンにすると、C2によってオペアンプの非反転にHighが表示され、オペアンプの出力がHighになり、MOSFETがオンになります。

MOSFETは導通し、バッテリーを充電電源の両端に接続できるようにして、充電電流が抵抗バンクを通過できるようにします。

これにより、ICの非反転入力で、オペアンプの出力を永続的なHighにラッチする反転ピンよりも高い電圧が発生します。

バッテリのフル充電レベルでバッテリの電流摂取量が大幅に減少するまで、MOSFETは導通を続け、バッテリは充電されます。抵抗バンクの両端の電圧が低下するため、オペアンプの反転ピンはオペアンプの非反転ピンよりも高くなります。

これにより、オペアンプの出力がローになり、MOSFETがオフになり、最終的にバッテリの充電が停止します。